KR101393000B1 - Method for manufacturing fiber reinforced composite material - Google Patents

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최일범
김부기
임준우
김기현
유영호
김민국
이동영
최재헌
남수현
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한국과학기술원
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Abstract

Disclosed by the present invention is a method for manufacturing a fiber-reinforced composite (FRC) which adheres to the surface of the FRC so that the fiber of fiber felt is exposed. A raw laminated material includes multiple reinforcing fibers and a matrix which is impregnated with the multiple reinforcing fibers in order to fixate the multiple reinforcing fibers. The raw laminated material is consolidated and incompletely hardened by adding a pressure and heat to the raw laminated material. The fiber felt is laminated on the top of the raw laminated material. The raw laminated material is consolidated and completely hardened so that back side of the fiber felt is formed with a binding fiber part which adheres to the matrix and the surface of the fiber felt is formed with an exposure fiber part to which the fiber is exposed by adding a pressure and heat to the raw laminated material and the fiber felt. The raw laminated material is hardened through a hardening cycle comprising: a first temperature rising section which raises the temperature of the matrix; a first fixed temperature section which increases a pressure which is added to the raw laminated material; a second temperature rising section which raises a temperature to the glass transition temperature of the matrix; and a second fixed temperature section which completely hardens the raw laminated material. By the present invention, adhesive properties are improved in case of forming an adhesive joint with another member by adhering to the surface of the FRC so that the fiber of the fiber felt is exposed. Therefore, the present invention is able to improve productivity and cut down the cost of production since a surface treatment is unnecessary. The present invention is also able to be usefully adopted to manufacture the FRC divider plate of a PEMFC or a redox flow battery.

Description

섬유강화 복합재료의 제조 방법{METHOD FOR MANUFACTURING FIBER REINFORCED COMPOSITE MATERIAL}METHOD FOR MANUFACTURING FIBER REINFORCED COMPOSITE MATERIAL [0002]

본 발명은 섬유강화 복합재료(Fiber Reinforced Composite Material, FRC)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 섬유펠트(Fiber felt)의 섬유가 노출되도록 FRC의 표면에 접합되어 있는 FRC의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a fiber reinforced composite material (FRC), and more particularly, to a method of manufacturing an FRC that is bonded to a surface of a FRC such that fibers of a fiber felt are exposed.

복합재료란 성분이나 형태가 다른 두 종류 이상의 소재가 조합되어 유효한 기능을 갖는 재료를 일컫는다. 복합재료의 구성요소로는 섬유(Fiber), 입자(Particle), 층(Lamina), 매트릭스(Matrix) 등이 있으며, 이러한 요소들로 구성된 복합재료는 일반적으로 층상 복합재료, 입자강화 복합재료, FRC 등으로 구분할 수 있다. FRC는 섬유강화 플라스틱(Fiber reinforced plastic, FRP)로 부르고도 있다.A composite material refers to a material having two or more materials having different compositions or shapes and having an effective function. Composite materials such as fiber, particle, lamina, and matrix are generally composed of layered composite, particle reinforced composite, FRC And the like. FRC is also called fiber reinforced plastic (FRP).

FRC는 기본적으로 보강섬유들과 매트릭스로 구성되어 있으며, 높은 비강성(Specific stiffness)과 비강도(Specific strength)를 보유하여 항공기, 자동차, 군수용품, 건축 및 토목자재 등에 이르기까지 다양하게 응용되고 있다. 보강섬유는 유리섬유(Glass fiber), 탄소섬유(Carbon fiber), 아라미드섬유(Aramid fiber), 폴리에스테르섬유(Polyester fiber), 폴리비닐아크릴섬유(Polyvinyl acrylic fiber) 등이 이용되고 있다. 아마미드섬유는 케블라섬유(Kevlar fiber, 상품명, 미국 듀퐁(Dupont)사)), 스펙트라섬유(Spectra fiber, 상품명, 미국 허니웰(Honeywell)사), 다이나마섬유(Dyneema fiber, 상품명, 네덜란드 디에스엠(DSM)사) 등이 적용될 수 있다. 매트릭스는 에폭시수지(Epoxy resin), 폴리에스테르수지(Polyester resin), 비닐에스테르수지(Vinyl ester resin), 폴리우레탄수지(Polyurethane resin) 등이 사용되고 있다. FRC is basically composed of reinforcing fibers and matrix. It has high specific stiffness and specific strength and is applied to a wide range from aircraft, automobile, military supplies, construction and civil engineering materials . Glass fibers, carbon fibers, aramid fibers, polyester fibers, and polyvinyl acrylic fibers are used as reinforcing fibers. The aramid fibers may be selected from the group consisting of Kevlar fiber (trade name, Dupont, USA), Spectra fiber (Honeywell, USA), Dyneema fiber (DSM)) may be applied. Epoxy resin, polyester resin, vinyl ester resin, and polyurethane resin are used as the matrix.

한편, FRC는 기계적 접합보다는 고분자 접착제(Polymer adhesive)를 이용한 접합에 의하여 구조물을 구성하게 된다. FRC의 접합성을 향상시키기 위하여 FRC의 표면은 기계적 표면처리 및 화학적 표면처리를 실시하고 있다. 기계적 표면처리는 사포질이나 샌드 블라스팅(Sand blasting)에 의하여 FRC 표면의 이물질을 제거하고, 거칠기(Roughness)를 향상시키는 방법이다. 화학적 표면처리는 화염(Flame)이나 플라스마(Plasma)에 의하여 FRC의 표면에너지(Surface free energy)를 활성화시켜 접착성을 향상시키는 방법이다. 이러한 기계적 및 화확적 표면처리 이후에 2차 표면처리로 실란(Silane)과 같은 커플링 에이전트(Coupling agent)를 코팅(Coating)하여 접착성을 향상시키고 있다.On the other hand, the FRC forms a structure by bonding using a polymer adhesive rather than a mechanical bonding. In order to improve the bonding property of FRC, the surface of FRC is subjected to mechanical surface treatment and chemical surface treatment. The mechanical surface treatment is a method of removing foreign matters on the FRC surface by sandpapering or sand blasting and improving the roughness. Chemical surface treatment is a method of improving the adhesion by activating the surface free energy of FRC by flame or plasma. After such mechanical and chemical surface treatment, the secondary surface treatment improves the adhesion by coating a coupling agent such as silane.

상기한 바와 같은 FRC에 의해서는 양성자 교환막 연료전지(Proton Exchange Membrane Fuel Cell, PEMFC)나 레독스 흐름전지(Redox flow battery)의 분리판을 제조하고 있다. FRC 분리판은 가스확산층(Gas diffusion layer, GDL)과 탄소섬유전극(Carbon fiber electrode)인 탄소섬유펠트(Carbon fiber felt) 사이의 전기접촉저항(Electrical interfacial resistance)을 낮추는 것이 중요하다. 전기접촉저항이 크면 연료전지의 스택(Stack)에서 전류손실이 커져 효율이 낮아지게 된다. FRC 분리판의 전기접촉저항을 낮추기 위하여 분리판의 표면에 흑연(Graphite)을 코팅하거나 플라스마 표면처리를 실시하고 있으나, 추가적인 표면처리공정의 실시에 의하여 생산성이 낮고, 생산비가 상승되는 문제가 있다. Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC) and redox flow battery separators are manufactured by FRC as described above. It is important to reduce the electrical interfacial resistance between the gas diffusion layer (GDL) and the carbon fiber felt (carbon fiber felt). If the electrical contact resistance is large, the current loss in the stack of the fuel cell becomes large and the efficiency becomes low. In order to lower the electrical contact resistance of the FRC separator plate, graphite is coated on the surface of the separator plate or plasma surface treatment is performed. However, there is a problem that the productivity is low and the production cost is increased due to the additional surface treatment process.

본 발명은 상기와 같은 종래 FRC의 여러 가지 문제점들을 해결하기 위한 것이다. 본 발명의 목적은, 섬유펠트의 섬유가 노출되도록 FRC의 표면에 접합되어 있는 새로운 FRC의 제조 방법을 제공하는 것이다. The present invention is intended to solve various problems of the conventional FRC as described above. It is an object of the present invention to provide a method for producing a new FRC which is bonded to the surface of FRC so that the fibers of the fiber felt are exposed.

본 발명의 일 측면에 따르면, FRC의 제조 방법이 제공된다. 본 발명에 따른 FRC의 제조 방법은, 복수의 보강섬유들과 복수의 보강섬유들을 고정하도록 복수의 보강섬유들에 함침되어 있는 매트릭스를 구비하는 FRC 원재료를 적층하여 원재료 적층물을 제조하는 단계와; 원재료 적층물에 압력과 열을 가하여 원재료 적층물을 압밀·불완전 경화시키는 단계와; 원재료 적층물의 맨 위에 섬유펠트를 적층하는 단계와; 원재료 적층물과 섬유펠트에 압력과 열을 가하여 섬유펠트의 이면은 매트릭스에 접합되는 접합섬유부분으로 되고 섬유펠트의 표면은 그 섬유가 노출되는 노출섬유부분으로 되도록 원재료 적층물을 압밀·완전 경화시키는 단계를 포함한다. 원재료 적층물은 매트릭스의 온도를 상승시키는 제1 승온구간, 원재료 적층물에 가해지는 압력을 증가시키는 제1 정온구간, 매트릭스의 유리전이온도까지 상승시키는 제2 승온구간과 원재료 적층물을 완전 경화시키는 제2 정온구간으로 이루어지는 경화 사이클을 통하여 경화시킨다.According to an aspect of the present invention, a method of manufacturing an FRC is provided. A method of manufacturing an FRC according to the present invention includes the steps of: laminating a FRC raw material having a matrix impregnated with a plurality of reinforcing fibers to fix a plurality of reinforcing fibers and a plurality of reinforcing fibers to produce a raw material laminate; Compressing and incompletely curing the raw material laminate by applying pressure and heat to the raw material laminate; Laminating a fiber felt on the top of the raw material laminate; By applying pressure and heat to the raw material laminate and the fiber felt, the back surface of the fiber felt becomes the jointed fiber portion bonded to the matrix, and the surface of the fiber felt is consolidated and completely hardened . The raw material laminate has a first temperature rising section for raising the temperature of the matrix, a first constant temperature section for increasing the pressure applied to the raw material laminate, a second temperature rising section for raising the temperature to the glass transition temperature of the matrix, And is cured through a curing cycle comprising a second constant-temperature section.

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본 발명에 따른 FRC의 제조 방법은, 섬유펠트의 섬유가 노출되도록 FRC의 표면에 접합되어 다른 부재와 접착조인트(Adhesive joint)를 구성하는 경우 접착성을 향상시킬 수 있다. 따라서 FRC의 표면처리가 불필요하여 생산성을 향상시키고, 생산비를 절감할 수 있다. 또한, PEMFC나 레독스 흐름전지의 FRC 분리판을 제조하는데 매우 유용하게 채택할 수 있다.The method of manufacturing an FRC according to the present invention can improve the adhesion when the fibers of the fiber felt are bonded to the surface of the FRC to form an adhesive joint with other members. Therefore, the surface treatment of the FRC is unnecessary, thereby improving the productivity and reducing the production cost. In addition, it can be very useful for manufacturing FRC separators for PEMFC or redox flow cells.

도 1은 본 발명에 따른 FRC의 구성을 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 FRC의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 FRC에서 매트릭스의 경화 사이클을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따른 FRC의 제조 방법의 일례로 오토클레이브 성형 공정을 설명하기 위하여 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 FRC의 제조 방법의 일례로 핫프레스 성형 공정을 설명하기 위하여 나타낸 도면이다.1 is a perspective view showing a configuration of an FRC according to the present invention.
2 is a cross-sectional view showing the structure of FRC according to the present invention.
Figure 3 is a graph showing the curing cycle of the matrix in the FRC according to the invention.
4 is a view illustrating an autoclave forming process as an example of a manufacturing method of FRC according to the present invention.
FIG. 5 is a diagram illustrating a hot press forming process as an example of a method of manufacturing an FRC according to the present invention.

본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들과 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.Other objects, specific advantages and novel features of the present invention will become more apparent from the following detailed description and preferred embodiments with reference to the accompanying drawings.

이하, 본 발명에 따른 FRC의 제조 방법에 대한 바람직한 실시예들을 첨부된 도면들에 의거하여 상세하게 설명한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of a method of manufacturing an FRC according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

먼저, 도 1과 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 FRC(10)는 복수의 FRC 원재료(20)들의 적층(Stacking)에 의하여 구성되는 원재료 적층물(30)을 구비한다. FRC 원재료(20)는 표면(22)과 이면(24)을 가지며, 복수의 보강섬유(26)들과 보강섬유(26)들을 고정하고 있는 매트릭스(28)로 구성되어 있다. 보강섬유(26)들은 유리섬유, 탄소섬유, 아라미드섬유, 폴리에스테르섬유, 폴리비닐아크릴섬유 등으로 구성될 수 있다. 매트릭스(28)는 에폭시수지, 폴리에스테르수지, 비닐에스테르수지, 폴리우레탄수지 등으로 구성될 수 있다.1 and 2, the FRC 10 according to the present invention includes a raw material laminate 30 formed by stacking a plurality of FRC raw materials 20. The FRC raw material 20 is composed of a matrix 28 having a front surface 22 and a rear surface 24 and fixing a plurality of reinforcing fibers 26 and reinforcing fibers 26. The reinforcing fibers 26 may be composed of glass fiber, carbon fiber, aramid fiber, polyester fiber, polyvinyl acrylic fiber and the like. The matrix 28 may be composed of an epoxy resin, a polyester resin, a vinyl ester resin, a polyurethane resin or the like.

본 발명에 따른 FRC(10)는 표면(12)에 접합되어 있는 섬유펠트(Fiber felt: 40)가 접합되어 있다. 섬유펠트(40)의 섬유(42)들은 매트릭스(28)에 접합되어 있는 접합섬유부분(44)과 매트릭스(28)에 접합되지 않고 노출되어 있는 노출섬유부분(46)으로 구비한다. 섬유(42)들은 보강섬유(26)들과 마찬가지로 유리섬유, 탄소섬유, 아라미드섬유, 폴리에스테르섬유, 폴리비닐아크릴섬유 등으로 구성될 수 있다. The FRC 10 according to the present invention is bonded with a fiber felt 40 bonded to the surface 12. The fibers 42 of the fiber felt 40 are provided with a bonded fiber portion 44 bonded to the matrix 28 and an exposed fiber portion 46 exposed to the matrix 28 without being bonded thereto. The fibers 42 may be composed of glass fibers, carbon fibers, aramid fibers, polyester fibers, polyvinyl acrylic fibers and the like as the reinforcing fibers 26.

본 발명에 따른 FRC(10)는 오토클레이브 성형(Autoclave molding)과 핫프레스 성형(Hot press molding)에 의하여 제조할 수 있다. 오토클레이브 성형은 압력과 열을 부여하여 진공상태에서 구조물을 제작하는 방법이다. 핫프레스 성형은 히터가 설치되어 있는 가압판의 가압에 의하여 구조물을 성형하는 방법이다. 이와 같이 오토클레이브 성형과 핫프레스 성형 각각은 성형을 위하여 온도와 압력의 제어가 요구된다. 몇몇 실시예에 있어서, 본 발명에 따른 FRC(10)는 레진트랜스퍼몰딩(Resin transfer molding, RTM), 압축성형(Compression molding), 시트몰딩컴파운드(Sheet Molding Compound, SMC), 벌크몰딩컴파운드(Bulk Molding Compound, BMC)에 의하여 제조할 수 있다. The FRC 10 according to the present invention can be manufactured by autoclave molding and hot press molding. Autoclave molding is a method of producing a structure in a vacuum state by applying pressure and heat. Hot press molding is a method of molding a structure by pressing a pressure plate provided with a heater. As described above, each of autoclave molding and hot-press molding requires control of temperature and pressure for molding. In some embodiments, the FRC 10 in accordance with the present invention may be manufactured using a variety of materials, including resin transfer molding (RTM), compression molding, sheet molding compound (SMC), bulk molding Compound, BMC).

한편, FRC(10)의 오토클레이브 성형과 핫프레스 성형은 프리프레그(Prepreg)에 의하여 실시하거나 핸드레이업 성형 공정(Hand lay-up molding process)에 의하여 실시할 수 있다. 프리프레그는 다수의 보강섬유들을 매트릭스에 함침한 후, 비-스테이지(B-stage)로 경화시켜 층(Laminate), 시트(Sheet), 매트(Mat), 직물(Fabric) 등 다양한 형태와 구조로 제조할 수 있다. 핸드레이업 성형 공정은 보강섬유 매트나 직물을 미리 이형 처리한 몰드(Mold)에 넣은 후, 작업자가 직접 매트릭스, 즉 수지를 브러시나 롤러에 의하여 함침 및 탈포하면서 적층하여 구조물을 제조하는 공정을 말한다. On the other hand, the autoclave molding and the hot press molding of the FRC 10 can be carried out by a prepreg or by a hand lay-up molding process. The prepreg can be impregnated with a number of reinforcing fibers into a matrix and then cured to a non-stage (B-stage) to form various shapes and structures such as laminate, sheet, mat, Can be manufactured. The hand lay-up molding process refers to a process in which a reinforcing fiber mat or a fabric is put into a mold which has been subjected to a mold releasing process in advance, and a worker directly stacks the matrix, that is, the resin is impregnated and defoamed by a brush or roller to produce a structure .

도 3에 매트릭스의 일례로 에폭시수지에 대한 경화 사이클의 그래프가 도시되어 있다. 도 3을 참조하면, 에폭시수지의 경화 사이클은 제1 승온구간(S1), 제1 정온구간(S2), 제2 승온구간(S3)와 제2 정온구간(S4)으로 이루어진다. 제1 승온구간(S1)에서는 에폭시수지의 점도가 저하되어 최소가 된 후 서서히 증가하게 되고, 프리프레그의 층간 접합이 실시된다. 제1 정온구간(S2)에서는 프리프레그에 부여되는 압력을 증가시켜 압밀시킨다. 프리프레그의 압밀시점은 유전손실이 증가하는 시점으로 한다. 제2 승온구간(S3)에서는 에폭시수지의 유리전이온도까지 상승시킨다. 제2 정온구간(S4)에서는 에폭시수지를 완전히 경화시키게 된다. 한편, 에폭시수지 이외의 매트릭스 역시 에폭시수지와 유사한 경화 사이클로 경화된다. A graph of the curing cycle for the epoxy resin is shown in Fig. 3 as an example of a matrix. Referring to FIG. 3, the curing cycle of the epoxy resin comprises a first temperature-rising section S1, a first constant temperature section S2, a second temperature-rising section S3, and a second constant temperature section S4. In the first heating-up period (S1), the viscosity of the epoxy resin is lowered to become the minimum and then gradually increased, and the interlayer bonding of the prepreg is carried out. In the first constant-temperature section (S2), the pressure applied to the prepreg is increased to consolidate. The time of consolidation of the prepreg is assumed to be the point at which the dielectric loss increases. In the second temperature rising period (S3), the temperature is raised to the glass transition temperature of the epoxy resin. In the second constant-temperature section S4, the epoxy resin is completely cured. On the other hand, the matrix other than the epoxy resin is also hardened by a hardening cycle similar to that of the epoxy resin.

도 4에 본 발명에 따른 FRC의 제조 방법의 일례로 오토클레이브 성형 공정이 도시되어 있다. 도 4를 참조하면, 오토클레이브 성형을 위한 금형세트(Mold set: 50)는 상부금형(52)과 하부금형(54)으로 구성되어 있다. 상부금형(52)과 하부금형(54)이 열려 있는 형개(Mold opening) 상태에서 하부금형(54)에 FRC 원재료(20)를 적층하여 원재료 적층물(30)을 구성한다. FRC 원재료(20)는 프리프레그(20a)로 구성될 수 있다. Fig. 4 shows an autoclave forming process as an example of a method for producing FRC according to the present invention. Referring to FIG. 4, a mold set 50 for autoclave molding comprises an upper mold 52 and a lower mold 54. The FRC raw material 20 is laminated on the lower mold 54 in the mold opening state where the upper mold 52 and the lower mold 54 are open to constitute the raw material laminate 30. [ The FRC raw material 20 may be composed of a prepreg 20a.

도 1에 프리프레그(20a)는 보강섬유(22)들이 일방향으로 배열되어 있는 일방향 프리프레그(Unidirectional prepreg)가 예시적으로 도시되어 있다. 프리프레그(20a)의 보강섬유(22)들은 평직, 능직, 수자직으로 직조할 수 있다. 바람직하기로, 원재료 적층물(30)은 일방향 프리프레그들을 교차 적층하여 구성한다. 프리프레그(20a)는 탄소장섬유들을 에폭시수지에 의하여 고정한 탄소장섬유/에폭시수지강화 복합재료(Carbon long fiber reinforced epoxy resin matrix composite material)로 구성된다. 몇몇 실시예에 있어서, FRC 원재료(20)는 프리프레그(20a) 대신에 핸드레이업 성형 공정에 의하여 보강섬유와 매트릭스로 공급할 수 있다. 매트릭스가 함침되어 있지 않은 보강섬유는 촙드스트랜드매트(Chopped strand mat), 직물로빙(Woven roving)이 사용될 수 있다.1, the prepreg 20a is illustratively a unidirectional prepreg in which the reinforcing fibers 22 are arranged in one direction. The reinforcing fibers 22 of the prepreg 20a may be woven in plain weave, twill weave, or water weave. Preferably, the raw material laminate 30 is formed by cross-laminating unidirectional prepregs. The prepreg 20a is made of a carbon fiber reinforced epoxy resin matrix composite material in which carbon fibers are fixed by an epoxy resin. In some embodiments, the FRC raw material 20 may be fed into reinforcing fibers and matrices by a hand layup molding process instead of the prepreg 20a. Chopped strand mat or woven roving may be used as the reinforcing fiber in which the matrix is not impregnated.

도 3과 도 4를 참조하면, 작업자는 원재료 적층물(30), 즉 프리프레그(20a)의 적층이 완료되면, 상부금형(52)과 하부금형(54)을 형폐(Mold closing)시키고, 금형세트(50)를 진공백(Vacuum bag: 60) 안에 배깅(Bagging)한다. 진공백(60)은 오토클레이브(70) 안에 투입한 후, 진공백(60)으로부터 공기를 배기하여 진공으로 조성한다. 그리고 오토클레이브(70)의 작동에 의하여 열을 가하여 원재료 적층물(30)을 압밀·불완전 경화(Partial cure)시키는 전경화공정(Precure process)을 실시한다. 3 and 4, the operator molds the upper mold 52 and the lower mold 54 when the laminating of the material stack 30, that is, the prepreg 20a is completed, The set 50 is bagged in a vacuum bag 60. The vacuum chamber 60 is put into the autoclave 70, and then air is evacuated from the vacuum chamber 60 to form a vacuum. Then, heat is applied by the operation of the autoclave 70 to perform a precure process in which the raw material laminate 30 is consolidated and incompletely cured.

매트릭스는 제1 정온구간(S2)에서 불완전 경화되게 된다. 작업자는 제1 정온구간(S2)에서 오토클레이브(70)로부터 진공백(60)을 꺼낸 후, 진공백(60)으로부터 금형세트(50)를 꺼내 상부금형(52)을 형개시킨다. 도 3의 그래프에 섬유펠트(40)의 적층을 위한 형개구간(S5)이 제1 정온구간(S2)에 은선으로 도시되어 있다. 작업자는 원재료 적층물(30)의 맨 위에 섬유펠트(40)를 적층하고, 금형세트(50)를 형폐시킨 후 진공백(60) 안에 넣는다. 진공백(60)은 오토클레이브(70) 안에 투입한 후, 진공백(60)으로부터 공기를 배기하여 진공으로 조성한다. The matrix is incompletely cured in the first constant-temperature section S2. The worker takes out the negative blank 60 from the autoclave 70 in the first constant temperature zone S2 and then takes out the mold set 50 from the vacuum chamber 60 to open the upper mold 52. [ The graph of FIG. 3 shows a mold opening section S5 for stacking the fiber feles 40 by a hint line in the first constant temperature section S2. The operator laminates the fiber felt 40 on the top of the raw material laminate 30, molds the mold set 50 and puts it in the vacuum space 60. The vacuum chamber 60 is put into the autoclave 70, and then air is evacuated from the vacuum chamber 60 to form a vacuum.

또한, 오토클레이브(70)의 작동에 의하여 열을 가하여 원재료 적층물(30)과 섬유펠트(40)를 압밀·완전 경화(Full cure)시켜 FRC(10)를 제조하는 후경화공정(Post cure process)을 실시한다. 후경화공정은 앞서 중단되었던 제1 정온구간을 완료하고, 제2 승온구간(S3)과 제2 정온구간(S4)을 완료하는 것으로 진행된다. 섬유펠트(40)의 적층을 위한 형개구간(S4)에 의하여 제2 정온구간(S4)이 도 3의 그래프에 은선으로 도시되어 있는 바와 같이 늘어나 정온연장구간(S6)으로 된다. 작업자는 후경화공정이 완료되면, 오토클레이브(70)로부터 진공백(60)을 꺼낸 후, 진공백(60)으로부터 금형세트(50)를 꺼내 상부금형(52)을 형개시키고, 하부금형(54)으로부터 FRC(10)를 분리한다. The FRC 10 is manufactured by consolidating and fully curing the raw material laminate 30 and the fiber felt 40 by applying heat by the operation of the autoclave 70. The post cure process ). The post-curing process is completed by completing the first constant-temperature section that was previously stopped, and completing the second temperature-rising section S3 and the second constant-temperature section S4. The second constant temperature zone S4 is increased by a hatching section S4 for stacking the fiber felts 40 as shown by a hint line in the graph of Fig. 3, and becomes a constant temperature extension section S6. After the post-curing process is completed, the worker removes the vacuum chamber 60 from the autoclave 70, takes out the mold set 50 from the vacuum chamber 60, opens the upper mold 52, The FRC 10 is removed.

도 1과 도 2를 참조하면, FRC(10)의 표면에는 섬유펠트(40)의 이면이 매트릭스(28)에 의하여 원재료 적층물(30)의 표면에 접합되어 있게 된다. 섬유펠트(40)의 표면은 매트릭스(28)가 없는 섬유(42)들이 노출되어 있는 노출섬유부분(46)으로 된다. 노출섬유부분(46)은 다른 부재와 접착조인트를 구성할 때 접착제의 보강재(Reinforcement)로 작용되어 접착성을 향상시키게 된다.Referring to FIGS. 1 and 2, the back surface of the fiber felt 40 is bonded to the surface of the raw material laminate 30 by the matrix 28 on the surface of the FRC 10. The surface of the fiber felt 40 becomes the exposed fiber portion 46 where the fibers 28 without the matrix 28 are exposed. The exposed fiber portion 46 acts as a reinforcement of the adhesive when forming the adhesive joint with the other member, thereby improving the adhesiveness.

한편, 본 발명에 따른 FRC(10)가 PEMFC나 레독스 흐름전지의 분리판의 소재로 사용되는 경우, 섬유펠트(40)로 GDL과 탄소섬유전극과 같이 탄소섬유펠트를 FRC(10)의 표면에 부착하면, 전기접촉저항을 줄일 수 있다. 따라서 FRC 분리판의 전기접촉저항을 줄이기 위한 표면처리를 실시할 필요가 없다. When the FRC 10 according to the present invention is used as a material for a separator of a PEMFC or a redox flow cell, a carbon fiber felt such as a GDL and a carbon fiber electrode is attached to the surface of the FRC 10 with the fiber felt 40 The electrical contact resistance can be reduced. Therefore, it is not necessary to perform surface treatment to reduce the electrical contact resistance of the FRC separator plate.

도 5에, 본 발명에 따른 FRC의 제조 방법의 다른 예로 핫프레스 성형 공정이 도시되어 있다. 도 5를 참조하면, 핫프레스 성형을 위하여 상부금형(52)과 하부금형(54)의 형개 상태에서 하부금형(54)에 FRC 원재료(20), 즉 프리프레그(20a)들을 적층하여 원재료 적층물(30)을 구성한다. 5, another example of a method of manufacturing an FRC according to the present invention is a hot press forming process. 5, the FRC raw material 20, that is, the prepregs 20a are laminated on the lower mold 54 in the state where the upper mold 52 and the lower mold 54 are opened for hot press forming, (30).

작업자는 원재료 적층물(30), 즉 프리프레그(20a)의 적층이 완료되면, 상부금형(52)과 하부금형(54)을 형폐시킨다. 금형세트(50)의 형폐 이후에 핫프레스 머신(Hot press machine: 80)의 상부가열판(82)과 하부가열판(84)을 상부금형(52)과 하부금형(54)에 밀착시켜 열을 가하는 전경화공정을 실시한다. 원재료 적층물(30)은 열과 압력에 의하여 압밀·불완전 경화된다. The operator molds the upper mold 52 and the lower mold 54 when the stack of the raw material stack 30, that is, the prepreg 20a, is completed. After the mold set 50 is closed, the upper heating plate 82 and the lower heating plate 84 of the hot press machine 80 are brought into close contact with the upper mold 52 and the lower mold 54, Process is carried out. The raw material laminate 30 is consolidated and incompletely cured by heat and pressure.

계속해서, 작업자는 상부가열판(82)과 하부가열판(84)을 금형세트(50)로부터 분리하고, 상부금형(52)을 열어준 후, 앞에서 설명한 오토클레이브 성형 공정과 마찬가지로 원재료 적층물(30)의 맨 위에 섬유펠트(40)를 적층한다. 작업자는 금형세트(50)를 형폐시킨 후, 상부가열판(82)과 하부가열판(84)에 의하여 금형세트(50)에 열을 가하여 원재료 적층물(30)과 섬유펠트(40)를 압밀·완전 경화시켜 FRC(10)를 제조하는 후경화공정을 실시한다. 작업자는 후경화공정이 완료되면, 상부가열판(82)과 하부가열판(84)을 분리하고, 상부금형(52)을 형개시킨 후, 하부금형(54)으로부터 FRC(10)를 분리한다. Subsequently, the worker separates the upper heating plate 82 and the lower heating plate 84 from the mold set 50 and opens the upper mold 52. Then, in the same manner as in the above-described autoclave forming step, The fibrous felt 40 is laminated on top of the fibrous felt 40. The worker molds the mold set 50 and applies heat to the mold set 50 by the upper heating plate 82 and the lower heating plate 84 to consolidate the raw material stack 30 and the fiber felt 40, Followed by curing to prepare the FRC 10, followed by a curing process. When the post-curing process is completed, the operator separates the upper heating plate 82 and the lower heating plate 84, separates the FRC 10 from the lower mold 54 after the upper mold 52 is opened.

이상에서 설명된 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고, 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상과 특허청구범위 내에서 이 분야의 당업자에 의하여 다양한 변경, 변형 또는 치환이 가능할 것이며, 그와 같은 실시예들은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

10: 섬유강화 복합재료(FRC) 20: FRC 원재료
26: 보강섬유 28: 매트릭스
30: 원재료 적층물 40: 섬유펠트
44: 접합섬유부분 46: 노출섬유부분
50: 금형세트 60: 진공백
70: 오토클레이브 80: 핫프레스 머신10: Fiber Reinforced Composite (FRC) 20: FRC raw material
26: reinforcing fiber 28: matrix
30: raw material laminate 40: fiber felt
44: bonded fiber portion 46: exposed fiber portion
50: Mold set 60: Gene blank
70: autoclave 80: hot press machine

Claims (5)

복수의 보강섬유들과 상기 복수의 보강섬유들을 고정하도록 상기 복수의 보강섬유들에 함침되어 있는 매트릭스를 구비하는 섬유강화 복합재료 원재료를 적층하여 원재료 적층물을 제조하는 단계와;
상기 원재료 적층물에 압력과 열을 가하여 상기 원재료 적층물을 압밀·불완전 경화시키는 단계와;
상기 원재료 적층물의 맨 위에 섬유펠트를 적층하는 단계와;
상기 원재료 적층물과 상기 섬유펠트에 압력과 열을 가하여 상기 섬유펠트의 이면은 상기 매트릭스에 접합되는 접합섬유부분으로 되고 상기 섬유펠트의 표면은 그 섬유가 노출되는 노출섬유부분으로 되도록 상기 원재료 적층물을 압밀·완전 경화시키는 단계를 포함하고,
상기 원재료 적층물은 상기 매트릭스의 온도를 상승시키는 제1 승온구간, 상기 원재료 적층물에 가해지는 압력을 증가시키는 제1 정온구간, 상기 매트릭스의 유리전이온도까지 상승시키는 제2 승온구간과 상기 원재료 적층물을 완전 경화시키는 제2 정온구간으로 이루어지는 경화 사이클을 통하여 경화시키는 섬유강화 복합재료의 제조 방법. A method of manufacturing a fiber-reinforced composite material, comprising: stacking a fiber-reinforced composite material having a plurality of reinforcing fibers and a matrix impregnated with the plurality of reinforcing fibers to fix the plurality of reinforcing fibers, thereby producing a raw material laminate;
Compressing and incompletely curing the raw material laminate by applying pressure and heat to the raw material laminate;
Laminating a fiber felt on the top of the raw material laminate;
Wherein the raw material laminate and the fiber felt are subjected to pressure and heat so that the back surface of the fiber felt becomes a bonded fiber portion bonded to the matrix and the surface of the fiber felt becomes an exposed fiber portion exposed to the fiber, And completely consolidating,
Wherein the raw material laminate has a first temperature rising section for raising the temperature of the matrix, a first constant temperature section for increasing the pressure applied to the raw material laminate, a second temperature rising section for raising the temperature to the glass transition temperature of the matrix, And curing the mixture through a curing cycle comprising a second constant temperature section for completely curing the water. 제1항에 있어서,
상기 섬유펠트를 적층하는 단계는, 상기 원재료 적층물을 압밀·불완전 경화시키는 단계를 일시적으로 중지한 후 실시하는 섬유강화 복합재료의 제조 방법. The method according to claim 1,
Wherein the step of laminating the fiber felt is performed after temporarily stopping the step of consolidating and incompletely curing the raw material laminate. 제1항에 있어서,
상기 섬유펠트를 적층하는 단계는, 상기 제1 정온구간 중에 실시하는 섬유강화 복합재료의 제조 방법. The method according to claim 1,
Wherein the step of laminating the fiber felt is performed during the first constant temperature section. 삭제delete 삭제delete
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